(57)【要約】  【課題】泥分が含まれる土砂を経済的に搬送する水流浮上式搬送方法を提供する。  【解決手段】土砂２を水面浮上に足りる量の低比重物質16と共に膜11で包み、低比重物質16により土砂２を水流７に浮かべて搬送する。好ましくは、土砂２を発泡剤12と共に膜11に封入し、発泡剤12から発生する気泡13により土砂２を水流７に浮かべる。更に好ましくは、発泡剤12の量を、土砂２の搬送予定距離と水流７の流速と膜11の気密性とに応じて調整する。例えば発泡剤12の量を、土砂２が予定距離だけ搬送されたのち膜11と共に水底へ沈むように調整することができる。また、予定距離だけ搬送された土砂２を膜11と共に水流７から回収し、膜溶解剤21により膜11を溶かして土砂２を取り出すことも可能である。  【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
土砂を水面浮上に足りる量の低比重物質と共に膜で包み、前記低比重物質により土砂を水流に浮かべて搬送してなる土砂の水流浮上式搬送方法。
【請求項２】
請求項１の搬送方法において、前記土砂を発泡剤と共に膜に封入し、前記発泡剤から発生する気泡により前記土砂を水流に浮かべてなる土砂の水流浮上式搬送方法。
【請求項３】
請求項１又は２の搬送方法において、前記発泡剤の量を、前記土砂の搬送予定距離と前記水流の流速と前記膜の気密性とに応じて調整してなる土砂の水流浮上式搬送方法。
【請求項４】
請求項３の搬送方法において、前記発泡剤の量を、前記土砂が予定距離だけ搬送されたのち前記膜と共に水底へ沈むように調整してなる土砂の水流浮上式搬送方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れかの搬送方法において、予定距離だけ搬送した土砂を前記膜と共に水流から回収し、膜溶解剤により前記膜を溶かして土砂を取り出してなる土砂の水流浮上式搬送方法。
【請求項６】
請求項１から５の何れかの搬送方法において、前記膜を生分解可能な材料製としてなる土砂の水流浮上式搬送方法。
【請求項７】
請求項６の搬送方法において、前記土砂に膜化剤との反応により膜を形成する膜形成剤を混合又は塗布し、前記膜形成剤が混合又は塗布された土砂を前記膜化剤に浸すことにより前記膜で封入してなる土砂の水流浮上式搬送方法。
【請求項８】
請求項７の搬送方法において、前記膜形成剤をアルギン酸、カルボキシメチルセルロース又はペクチン溶液とし、前記膜化剤をカルシウムイオン溶液としてなる土砂の水流浮上式搬送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は土砂の搬送方法に関し、とくに土砂を水流に浮かべて搬送する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダム等の貯水池では、上流から流入する土砂の堆積が進行すると有効貯水容量が減少すると共に下流の河川・海岸の浸食進行等を招くため、貯水池の恒久的利用や河川・海岸の土砂環境改善等を目的として、貯水池内に堆積した土砂（以下、堆砂ということがある。）を適宜下流へ排出・供給することが求められる。例えば大雨等の出洪水時に堆砂を流水と共に下流へ流下させる方法等が開発されているが、大量の堆砂を一挙に下流へ排出すると下流の生物生息環境に大きな影響を与えるおそれがある。そのため従来から、浚渫船・パイプ吸引・コンベア等により貯水池から堆砂を搬出し、搬出した堆砂をダンプトラック等により下流の適当な位置へ運搬し、生物生息環境に影響を与えないように撒き出す方法が実施されている。
【０００３】
特許文献１は、ダム貯水池から採取した堆砂を結合強度の小さい固化剤と混合して崩壊性ブロックを製造し、その崩壊性ブロックを水制工等の構造物としてダム下流側の流域に配置するダム堆砂の処理方法を開示する。また特許文献２は、ダム堆砂を骨材とし、結合材、セメントと混和材、又はセメントと破砕材を配合して作成した崩壊性コンクリートブロックをダム下流側に配置するダム堆砂の処理方法を提案している。これらの崩壊性ブロック（コンクリートブロック）は、水の浸透作用や衝撃力、凍結融解の繰り返しにより短期間で崩壊し、堆砂を崩壊砂として徐々に放出するので、堆砂を自然に近い状態で下流へ供給することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−０７３７１７号公報
【特許文献２】特開平６−１５７１０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１及び２の方法は、堆砂のうち比較的粒径の大きい砂や石を下流へ供給するためには有効であるが、小粒径の泥分やシルト分（以下、これらを纏めて泥分ということがある。）は骨材としての利用が難しいため、泥分を下流へ供給するには適していない。砂や石のみを下流に供給したのでは、下流の土砂環境（例えば、土砂の粒度分布等）を適切に改善することは難しい。また、骨材として利用が難しい泥分をそのまま下流へ放流すると、河川のCOD（化学的酸素消費量）や濁度が上昇し、河川魚（鮎等）の餌となる藻類の繁殖環境や河床の水生昆虫の生息環境を悪化させるおそれがある。泥分をダンプトラック等に積載して下流へ運搬することも考えられるが、その場合は運搬中に乾燥した泥分が飛散し、新たな粉塵問題等が起こるおそれがある。泥分を砂や石と共に下流へ供給できる技術の開発が望まれている。
【０００６】
また、特許文献１及び２の方法は、製造した崩壊性ブロックを下流へ運搬するための輸送エネルギーが必要であり、大量の堆砂を下流へ運搬するために膨大な輸送エネルギーを必要とする。例えば大量の崩壊性ブロックをダンプトラック等で運搬する場合は、輸送エネルギーを必要とするだけでなく、騒音やC02排出等の環境上の問題も生じる。このように大量の土砂を経済的に搬送することは、貯水池の堆砂対策だけでなく、土工事等で発生する土砂対策においても重要な課題となっている。
【０００７】
そこで本発明の目的は、泥分が含まれる土砂を経済的に搬送する水流浮上式搬送方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
図１の実施例を参照するに、本発明による土砂の水流浮上式搬送方法は、土砂２を水面浮上に足りる量の低比重物質16と共に膜11で包み、低比重物質16により土砂２を水流７に浮かべて搬送してなるものである。好ましくは図４に示すように、土砂２を発泡剤12と共に膜に封入し、発泡剤12から発生する気泡13により土砂２を水流７に浮かべる。
【０００９】
更に好ましくは、発泡剤12の量を、土砂２の搬送予定距離と水流７の流速と膜11の気密性とに応じて調整する。例えば発泡剤12の量を、土砂２が予定距離だけ搬送されたのち膜11と共に水底へ沈むように調整することができる。また、予定距離だけ搬送された土砂２を膜11と共に水流７から回収し、膜溶解剤21により膜11を溶かして土砂２を取り出すことも可能である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による土砂の水流浮上式搬送方法は、土砂を低比重物質と共に膜（以下、コーティング膜ということがある。）に封入し、水流に浮かべて所要位置まで搬送することができるので、次の顕著な効果を奏する。
【００１１】
（イ）土砂を、河川等の自然の水流を利用して、人為的にエネルギーを加えることなく省エネルギー的・経済的に所要位置まで搬送することができる。
（ロ）砂や石だけでなく泥分も併せて搬送できるので、下流の河川・海岸の土砂環境の改善に有効に利用できる。
（ハ）ダム貯水池の堆砂対策だけでなく、泥分等が多量に発生する地盤削孔等の土工事現場やトンネル工事現場等における土砂の搬送に有効に利用できる。
（ニ）土砂を膜に封入して搬送するので、河川等を利用した場合でもCODや濁度の上昇といった環境上の問題を生じる危険が小さい。
（ホ）また、従来のトラック等による土砂の搬送に比し騒音やC02排出等の環境上の問題を生じるおそれがなく、極めてクリーンな搬送方法といえる。
（ヘ）低比重物質として気泡を生じる発泡剤を利用すれば、発泡剤の量の調節により土砂の搬送距離を調整し、土砂を下流の所要位置に沈めることができる。
（ト）自然界（海域や河川域等）で分解され易い材料製の膜を用いることにより、たとえ土砂が膜と共に水底に沈降した場合でも水域への負荷を十分小さく抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、ダム貯水池１の堆砂を下流の河川域・海域へ供給する場合に適用した本発明の実施例を示す。図示例では、この場合堆砂である土砂２を浚渫船・吸引パイプ・コンベア等の採取装置４により貯水池１から採取し、添加装置５により低比重物質16を添加したのち、コーティング装置６によりコーティング膜11で包む。低比重物質16と共に膜11に包んだ土砂２を、この場合河川である自然の水流７に放流し、河口その他の所要位置まで浮遊させて搬送し、下流の所要位置において土砂２を膜11と共に回収するか又は膜11と共に水底へ沈降させる。本発明は、泥分を砂や石と共に膜11に封入して下流へ供給できるので、河川・海岸の土砂環境改善等を目的した堆砂対策に有効である。但し、本発明は堆砂２の搬送に限定されず、例えば土工事現場やトンネル工事現場等において発生する土砂２の搬送にも適用できる。また、水流７も河川等の自然の流れに限定されず、適当な人工の水流７を利用できる。
【００１３】
図２は、貯水池１から採取した土砂２をコーティング膜11に封入して水流７へ放流するまでの流れ図の一例を示す。この例ではコーティング装置６に、膜化剤15と、膜化剤15との反応により膜11を形成する膜形成剤14とを含めている。土砂２を膜形成剤14と混合した上で膜化剤15中に浸すことにより膜11で封入する。膜形成剤14の一例はアルギン酸、カルボキシメチルセルロース（CMC）、ペクチン溶液等のカルボキシル基を有する多糖類であり、膜化剤15の一例はカルシウムイオン溶液（例えば、水酸化カルシウム水溶液）である。アルギン酸は海草からの抽出材料であり、他の多糖類も食品添加物等として使用されるものであり、何れも生分解可能な材料である。
【００１４】
図２に示す膜形成剤14と膜化剤15との反応によりコーティング膜11を形成する方法は、土砂２を含水状態のまま膜11へ封入できるので、泥分が含まれる土砂２を半乾燥状態のまま膜11へ簡単に封入できる利点がある。また後述するように、膜形成剤14の濃度や混合量を調節することにより、例えば搬送途中に岩等との衝突に耐えられる程度にコーティング膜11の厚さや強度を調整できる。更に、膜11を生分解可能な材料製とすることにより、たとえ膜11が水流７中に分散した場合でも自然界における分解を期待でき、環境面での安全性を確保しつつ膜封入土砂10を自然に崩壊させて土砂２を下流域へ供給することができる。但し、図示例のコーティング膜11に代えて、例えば強化ゴム樹脂製のカプセル、水溶性ビニロンフィルムの膜等を使用してもよい。
【００１５】
また図２の例では、土砂２を水面に浮かべるための低比重物質16として発泡剤12が発生する気泡13を用いている（図４も参照）。発泡剤12として従来技術に属する様々なものが利用できるが、例えば酒石酸（C4H6O6）及び重曹（NaHCO3）を含み二酸化炭素（CO2）を発生するものとすることができる。酒石酸及び重曹を含む発泡剤12は、人の胃Ｘ線検査等の造影剤等に使用されるものであり、たとえ水流７に分散した場合でも汚染源となり難い。但し、発泡剤12に代えて、気体をそのままコーティング膜11に封入してもよく、その他の適当な低比重物質16を用いて土砂２を水面に浮上させることができる。
【００１６】
図２のステップ201において貯水池１から土砂２をすくい上げ、必要に応じて水分をある程度乾燥させる。ステップ202において、例えばアルギン酸ナトリウム水溶液、CMCナトリウム水溶液等の膜形成剤14を水に溶かして所要濃度の水溶液を調製する。ステップ203において土砂２に発泡剤12を添加し、ステップ205において土砂２と膜形成剤14の水溶液とを混合する。同図では、発泡の開始を遅らせるため、ステップ202において例えば酒石酸のみを土砂２に添加すると共にステップ204において重曹を膜形成剤14に添加し、ステップ205において酒石酸及び重曹を混合している。更にステップ206において、土砂２と発泡剤12と膜形成剤14との混合物を適当な形状及び大きさ（サイズ）に成形して水酸化カルシウム水溶液等の膜化剤15中に適当な時間（例えば数分〜数百分）浸漬し、図４（Ａ）に示すように土砂２及び発泡剤12をコーティング膜11で包んだ膜封入土砂10を形成する。膜封入土砂10の形状及び大きさは放流する水流７の状況（例えば岩の有無）、深度、流速、流量等の条件に応じて適当に選択できるが、例えば大きさを数cm〜数十cmとし、形状を球形、円筒形、三方塊形、楕円形等とすることができる。
【００１７】
［実験例］
図２の方法でコーティング膜11に包んだ膜封入土砂10を水流７に浮かべることができるか否かを確認するため、膜形成剤14の濃度（ステップ202参照）、土砂２に対する発泡剤12の添加量（ステップ203及び204参照）、及び土砂２に対する膜形成剤14の混合量（ステップ205参照）を変えながら、膜封入土砂10の水上浮遊の可能性を確認する実験を行った。本実験では、膜形成剤14として濃度４％、２％、及び１％の３種類のアルギン酸水溶液を用い、発泡剤12として酒石酸及び重曹を用いた。10gの土砂２に対し、酒石酸及び重曹を0.1g、0.2g、又は0.3g添加し、前記３種類の膜形成剤14の何れかを５g、10g、又は20g混合し、酒石酸及び重曹の添加量とアルギン酸水溶液の混合量とが異なる土砂試料の各々を塩化カルシウム水溶液（例えば濃度0.2M〜0.4M）に２分間浸けてコーディング膜11を形成した膜封入土砂10が水上に浮遊するか否かを確認した。また、浮遊した場合は水中に沈むまでの浮遊時間を測定した。アルギン酸水溶液の濃度別の実験結果を、膜封入土砂10が水上に浮遊した場合を○、しない場合を×として表１に示す。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
表１の試料No.21〜29の実験結果から分かるように、濃度１％のアルギン酸水溶液では、コーティング膜11が薄すぎて酒石酸及び重曹から発生する気泡により直ぐに破れてしまい、土砂２を水流７に浮遊させることができなかった。また、試料No.１〜３及び試料No.11〜13の実験結果から分かるように、アルギン酸水溶液の混合量が土砂量より少ない場合は十分な強度の膜11を形成することができず、土砂２を水流７に浮遊させることができなかった。更に、表１の試料No.4〜9及び試料No.14〜19では土砂２を水流７に浮遊するコーディング膜11を形成できたが、酒石酸及び重曹の添加量が0.1gのときは膜封入土砂10の水上浮遊時間が短く、酒石酸及び重曹の添加量を0.2g、0.3gに増やすに応じて膜封入土砂10の水上浮遊時間が長くなることを確認した。酒石酸及び重曹の添加量に応じて水上浮遊時間が長くなる理由は、アルギン酸とカルシウムイオンとの反応で形成されたアルギン酸カルシウムゲル膜が多少通気性を有するため、酒石酸及び重曹の反応で生じた二酸化炭素の散逸する時間が長くなるからと考えられる。
【００２０】
表１の実験結果から、濃度２％以上の膜形成剤14を土砂２に対し同量以上の割合で混合すれば、水流７に浮遊する膜11を形成できることが分かる。水流７に浮遊するコーディング膜11を経済的に形成するためには、膜形成剤14の濃度を２〜４％とし、土砂２に対する混合量を１：１〜２程度とするのが適当である。また、その膜11の気密性に応じて発泡剤12の添加量を調節することにより、膜封入土砂10の水上浮遊時間を調整できることが分かる。膜封入土砂10の水上浮遊時間を水流７の流速に応じて調節すれば、水流７による膜封入土砂10の搬送距離を予測することができる。アルギン酸水溶液・酒石酸及び重曹以外の膜形成剤14・発泡剤12を用いる場合も、表１の実験と同様にして、土砂２の浮遊時間に応じて適当な混合量・添加量を実験的に求めることができる。
【００２１】
例えば、図１の実施例において土砂２を水流７に浮遊するに十分な強度の膜11で包み、その膜11の気密性と放流位置から河口９までの予定搬送距離と水流７の流速とに応じて発泡剤12の添加量を調整することにより、膜封入土砂10を河口９まで水流７に浮かべて搬送し且つ河口９の水底に沈めることができる。河口９の水底に沈んだ膜封入土砂10は、生分解可能な材料製の膜11が徐々に崩壊して土砂２を流出し、河口９に隣接する海浜・干潟８へ土砂２を供給する。すなわち、本発明は干潟８の回復や再生に有効に利用できる。また同様にして、水流７の所要下流位置で沈むように発泡剤12を添加することにより、その下流位置に土砂２を供給することも可能である。
【００２２】
また、図１に示すように、膜封入土砂10を河口９まで水流７に浮かべて搬送した上で回収し、回収した膜封入土砂10を膜溶解装置20へ投入して膜11を溶かして土砂２を取り出し、取り出した土砂２を海浜や干潟８の造成に供給することも可能である。例えばアルギン酸とカルシウムイオン溶液との反応により形成された膜11は、アルカリ溶液（水酸化ナトリウム水溶液等）に溶解する。また水溶性ビニロンフィルム製の膜11は、高温水（例えば30℃以上）に所要時間（例えば90分以上）浸けておけば溶解する。図示例の膜溶解装置20の一例は、アルカリ溶液や高温水等の膜溶解剤21（膜溶解液）を含むものである。
【００２３】
本発明によれば、土砂２に含まれる泥分を砂や石と共に膜11に封入し、河川等の自然な流れを利用して経済的に搬送することができ、省エネルギー的な土砂搬送が可能となる。また、土砂２に対する膜形成剤14の混合量と発泡剤12の添加量とを調節することにより、土砂２を水流７の所要下流位置まで膜11に包んだまま搬送し、所要下流位置において膜11を自然に崩壊させて土砂２を流出させるか又は膜11と共に土砂２を回収することができる。更に発泡剤12の添加量が異なる複数の膜封入土砂10を放流することにより、水流７の様々な位置で膜封入土砂10を自然に崩壊させ、その特定位置に供給することができる。
【００２４】
こうして本発明の目的である「泥分が含まれる土砂を経済的に搬送する水流浮上式搬送方法」の提供を達成できる。
【実施例１】
【００２５】
図３は、土砂２をコーティング膜11で包む他の方法の実施例を示す。この実施例では、図２のように土砂２と膜形成剤14とを混合するのではなく土砂２の表面にいわば衣で包むように膜形成剤14を塗布し、図４（Ｂ）に示すように膜形成剤14が塗布された土砂２を膜化剤15に浸けてコーティング膜11を形成している。土砂２と膜形成剤14とを混合する方法に比し、土砂２の表面に膜形成剤14を塗布する方法によれば、土砂２を封入するために必要な膜形成剤14の量を節約することができ、経済性が得られる。
【００２６】
図３のステップ301では貯水池１から取り上げた土砂２を適当な形に成形する。土砂２が乾燥している場合は、必要に応じて適宜水を加えて成形してもよい。ステップ302において膜形成剤14の水溶液に発泡剤12を添加して発泡剤入り膜形成剤14の水溶液を調製し、例えば成形した土砂２の表面に発泡剤入り膜形成剤14の水溶液を塗布することにより、土砂２を膜形成剤14及び発泡剤12で包む。ステップ304において、表面に膜形成剤14及び発泡剤12が塗布された土砂２を膜化剤15中に浸漬することにより、図４（Ｂ）に示すように土砂２及び発泡剤12をコーティング膜11で包んだ膜封入土砂10を形成する。同図においても、土砂２の浮遊時間に応じて、膜形成剤14の適当な混合量と発泡剤12の適当な添加量とを実験的に調節することができる。
【００２７】
図３の流れ図では、ステップ302において土砂２を膜形成剤14及び発泡剤12で包んだ後、その表面に更に膜形成剤14を塗布して膜化剤15中に浸けている（ステップ303）。土砂２を包むコーティング膜11の内部に発泡剤12が混入すると、発泡剤12の発泡によって膜11が破れ易くなる。ステップ303において、発泡剤12の外側に膜形成剤14を塗布した上で膜化剤15中に浸けることにより、膜11の内部への発泡剤12の混入を避け、破れ難い十分な強度のコーディング膜11を形成することが期待できる。但し、膜形成剤14及び発泡剤12を表面に塗布したステップ302の状態で十分な強度の膜11が形成できる場合は、ステップ303は省略可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例の説明図である。
【図２】膜形成剤及び膜化剤を用いて土砂封入膜を形成する一例の説明図である。
【図３】膜形成剤及び膜化剤を用いて土砂封入膜を形成する他の一例の説明図である。
【図４】図２及び図３の方法により形成した膜封入土砂の図式的断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…ダム貯水池          ２…土砂
４…土砂採取装置
５…添加装置            ６…コーティング装置
７…水流                ８…海浜・干潟
９…河口                10…膜封入土砂
11…膜                  12…発泡剤
13…気泡                14…膜形成剤
15…膜化剤
20…膜溶解装置          21…膜溶解剤
【図１】
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【図２】
2005061036.tif 000005
【図３】
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【図４】
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